تم استخدام الأدوات النموذجية والمعدات الإضافية.

حساس اللمس لاردوينو

الوحدة عبارة عن زر لمس ؛ يتم إنشاء إشارة رقمية عند خرجها ، يتوافق جهدها مع المستويات المنطقية والصفر. يشير إلى مستشعرات اللمس السعوية. نواجه أجهزة الإدخال هذه عند العمل مع شاشة جهاز لوحي أو iPhone أو شاشة تعمل باللمس. إذا ضغطنا على الشاشة على الرمز بقلم أو بإصبع ، فحينئذٍ نستخدم مساحة من سطح اللوحة بحجم أيقونة Windows ، والتي يتم لمسها بإصبع فقط ، يتم استبعاد القلم. أساس الوحدة هو شريحة TTP223-BA6. يوجد مؤشر للطاقة.

التحكم في إيقاع تشغيل اللحن

عند التثبيت في الجهاز ، يتم تغطية منطقة اللمس لسطح لوحة الوحدة طبقة رقيقةالألياف الزجاجية والبلاستيك والزجاج أو الخشب. تشمل مزايا زر اللمس السعوي عمر خدمة طويل وإمكانية إغلاق اللوحة الأمامية للجهاز ، وخصائص مضادة للتخريب. يتيح ذلك استخدام مستشعر اللمس في الأجهزة الخارجية التي تلامس قطرات الماء بشكل مباشر. على سبيل المثال ، زر جرس الباب أو الأجهزة. تطبيق مثير للاهتمام في المعدات المنزل الذكي- استبدال مفاتيح الإنارة.

الخصائص

جهد الإمداد 2.5 - 5.5 فولت
وقت استجابة اللمس في أوضاع الاستهلاك الحالية المختلفة
منخفض 220 مللي ثانية
نموذجي 60 مللي ثانية
إشارة الخرج
الجهد االكهربى
سجل مرتفع. مستوى 0.8 X إمداد الجهد
سجل منخفض. مستوى 0.3 X امدادات التيار الكهربائي
التيار عند مستويات العرض والمنطق 3 فولت ، مللي أمبير
منخفض 8
عالية -4
أبعاد اللوح 28 × 24 × 8 مم

جهات الاتصال والإشارة

لا يوجد اتصال - إشارة الخرج لها مستوى منطقي منخفض ، المس - وحدة منطقية عند خرج المستشعر.

لماذا يعمل أو بعض النظرية

جسم الإنسان ، مثل كل ما يحيط بنا ، لديه الخصائص الكهربائية. عندما يتم تشغيل مستشعر اللمس ، تظهر السعة والمقاومة والحث. يوجد على الجانب السفلي من لوحة الوحدة قسم من الرقائق متصل بإدخال الدائرة المصغرة. بين إصبع المشغل والرقائق الموجودة على الجانب السفلي توجد طبقة عازلة - مادة القاعدة الحاملة للوحة الدائرة المطبوعة للوحدة النمطية. في لحظة التلامس ، يُشحن جسم الإنسان بتيار مجهري يتدفق عبر مكثف مكون من قطعة من الرقائق وإصبع الشخص. في عرض مبسط ، يتدفق التيار عبر مكثفين متصلين في سلسلة: رقاقة ، وإصبع يقع على أسطح متقابلة من اللوح ، وجسم الإنسان. لذلك ، إذا كان سطح اللوحة مغطى بطبقة رقيقة من العازل ، فسيؤدي ذلك إلى زيادة سماكة الطبقة العازلة لمكثف إصبع الرقائق ولن يعطل تشغيل الوحدة.
تلتقط الدائرة المصغرة TTP223-BA6 نبضًا دقيقًا للغاية وتقوم بتسجيل اللمسة. نظرًا لخصائص الدائرة المصغرة ، فإن هذه التقنية لا تسبب أي ضرر للعمل مع هذه التيارات. عندما نلمس حالة جهاز تلفزيون أو شاشة تعمل ، تمر عبرنا تيارات دقيقة أكبر حجمًا.

وضع الطاقة المنخفضة

بعد توصيل الطاقة ، يكون مستشعر اللمس في وضع الطاقة المنخفضة. بعد التشغيل لمدة 12 ثانية ، تنتقل الوحدة إلى الوضع العادي. في حالة عدم حدوث اتصال آخر ، ستعود الوحدة النمطية إلى وضع الاستهلاك الحالي المخفض. ترد سرعة استجابة الوحدة للمس في أوضاع مختلفة في المواصفات أعلاه.

يعمل مع اردوينو UNO

قم بتنزيل البرنامج التالي على Arduino UNO.

#define ctsPin 2 // جهة اتصال لتوصيل خط إشارة مستشعر اللمس
int ledPin = 13 ؛ // دبوس لمصباح LED

الإعداد باطل() (
Serial.begin (9600) ؛
pinMode (ledPin ، الإخراج) ؛
pinMode (ctsPin ، INPUT) ؛
}

حلقة فارغة() (
int ctsValue = digitalRead (ctsPin) ،
إذا (ctsValue == عالية) (
الكتابة الرقمية (ledPin ، عالية) ؛
Serial.println ("TOUCHED") ؛
}
آخر(
الكتابة الرقمية (ledPin ، منخفضة) ؛
Serial.println ("لم يتم لمسها") ؛
}
تأخير (500) ؛
}

قم بتوصيل مستشعر اللمس و Arduino UNO كما هو موضح. يمكن استكمال الدائرة بمصباح LED يتم تشغيله عند لمس المستشعر ، ويتم توصيله من خلال مقاوم 430 أوم إلى دبوس 13. وغالبًا ما تكون أزرار اللمس مزودة بمؤشر لمس. هذا يسهل على المشغل العمل. عندما يتم الضغط على زر ميكانيكي ، نشعر بنقرة بغض النظر عن رد فعل النظام. هنا ، تعد حداثة التكنولوجيا مفاجئة بعض الشيء بسبب مهاراتنا الحركية التي تطورت على مر السنين. ينقذنا مؤشر الضغط من الشعور المفرط بالحداثة.

الدائرة المقترحة للتكرار عبارة عن مكبر للصوت ذو حساسية عالية للمجال الكهرومغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة الأجهزة الخارجية. عندما يكون اتصال الإدخال للدائرة متصلاً بالهوائي ، يشير مؤشر LED إلى وجود إشعاع المجال الكهرومغناطيسي والتداخل من المعدات الكهربائية. سيشير مؤشر LED أيضًا إلى حقيقة لمس جهة الاتصال ، نظرًا لأن دور الهوائي في هذه الحالة يؤديه جسم الإنسان. ومن هنا جاء الاسم - حساس اللمس. اسم آخر للدائرة هو هوائي نشط.

مخطط الرسم البيانييظهر مستشعر اللمس في الشكل 1.

الدائرة تشبه مذبذب الترانزستور n-p-nالهياكل. يتم توصيل أحد طرفي الملف L1 مباشرة بجهة اتصال الإدخال X1. قطبية VD1 LED لا تهم. يحد المقاوم R2 من التيار من خلال LED ، وبالتالي يحدد سطوع توهجه عند تشغيل المستشعر.

يتم تجميع مستشعر اللمس على اللوحمقاس 40 × 40 مم. مظهريظهر الهيكل في الشكل 2.

الشكل 2.	ظهور حساس اللمس.

توجد اللفات L1 و L2 على إطار مشترك مع قسمين لللف ونواة من الفريت. القطر الخارجيالإطار - 10 مم ، طول النواة - 23 مم ، قطر الخيط عند قاعدة النواة - 6 مم. في التصميم الموضح في الشكل 2 ، يتم لف L1 في القسم العلوي ، و L2 في الجزء السفلي. كل ملف يحتوي على 100 لفة من سلك PEL 0.2. وشملت اللفات وفقا ل. باستخدام مفك البراغي ، يتم تثبيت اللب في الإطار. VD1 LED - أي من سلسلة AL307. مثل X1 ، يتم استخدام الفص الأرضي. لمسها يؤدي إلى إضاءة LED.

يمكن توصيل VD1 بالتوازي جهاز قياس، على سبيل المثال ، مقياس متعدد في وضع قياس الجهد ، والذي سيسمح لك بتقييم مستوى شدة المجال. في هذه الحالة ، قد يكون الهوائي الخارجي عبارة عن قطعة من سلك التثبيت بطول عدة سنتيمترات. سينتج عن إعداد الدائرة اختيار طول الهوائي وإيجاد مثل هذا الموضع للنواة حيث يكون الجهد على مؤشر LED بحد أقصى.

المخطط ليس من الصعب إرضاءه بشأن اختيار قاعدة العنصر. على سبيل المثال ، في الإصدار الأصلي من الدائرة ، تم استخدام الترانزستور KT815G ، وكانت مقاومة المقاوم R1 100 كيلو أوم. مثل L1 و L2 ، تم استخدام ملفين على قلب قضيب من الفريت لهوائي مغناطيسي طويل الموجة من مستقبل راديو. يمكن نقل الملفات على طول القلب. عند تحريك الملفات ، لوحظت ظواهر لا تتعارض مع قانون الحث الكهرومغناطيسي ، على عكس المخطط المقترح في. مع وجود مسافة كبيرة للملفات عن بعضها البعض وبدون قلب من الفريت ، توقفت الدائرة عن العمل.

يمكن أن تجد الدائرة تطبيقًا عمليًا ليس فقط في تصميم عدادات شدة المجال ، ولكن أيضًا في أجهزة الأتمتة والإشارة. يمكن توصيل مستشعر اللمس بالمتحكم الدقيق. للقيام بذلك ، قم بإجراء تحويل الجهد التناظري إلى الرقمي على VD1 LED ، ربما باستخدام موارد وحدة التحكم الدقيقة نفسها ، إذا كانت تحتوي على ADC مدمج.

في الختام ، تجدر الإشارة إلى أن هناك العديد من دوائر استشعار اللمس تعتمد على ترانزستورات التأثير الميداني ولا تحتوي على عناصر استقرائية. ربما يكون عملهم أكثر كفاءة في كثير من الحالات ، لكن التصميم الوارد في هذه المقالة هو مثال على الأصل حل تقنيويهدف إلى هواة الراديو المبتدئين.

المؤلفات

1. Brovin V. I. ظاهرة نقل الطاقة للمحثات من خلال اللحظات المغناطيسية لمادة موجودة في الفضاء المحيط ، وتطبيقاتها. - م: MetaSintez، 2003-20 ص.
2. كريلوف ك.س ، لي تشيهو ، كيم يونغ جين ، كيم سيونغوان ، لي سانغ ها. براءة الاختراع رقم 2395876. هوائي مغناطيسي نشط مع قلب من الفريت.

مستشعرات المسافة واللمس

أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية

جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية هو أحد مستشعرين يحلان محل رؤية الروبوت. يسمح مستشعر الموجات فوق الصوتية للإنسان الآلي برؤية وكشف الأشياء. يمكن استخدامه أيضًا للسماح للإنسان الآلي بتجنب العقبات وتقدير وقياس المسافة والتقاط حركة كائن.

تُقاس قراءات أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية بالسنتيمتر والبوصة. يمكنه قياس المسافة من 0 إلى 255 سم بدقة +/- 3 سم. يعمل المستشعر بالموجات فوق الصوتية على نفس مبدأ محدد المواقع مضرب: يقيس المسافة عن طريق حساب الوقت الذي استغرقته الموجة الصوتية للعودة بعد الارتداد عن جسم ، مثل صدى.

من الأفضل تحديد الأشياء الكبيرة ذات الأسطح الصلبة. كائنات من مواد لينة(قماش) أو دائري (كروي) ، وكذلك نحيف جدًا ، صغير ، إلخ ، يمكن أن يخلق صعوبات معينة للمستشعر أثناء التشغيل.

يجب أن نتذكر أن اثنين أو أكثر من أجهزة الاستشعار فوق الصوتية التي تعمل في نفس الغرفة قد تتداخل وتقلل من دقة النتائج.

تتضمن أمثلة استخدام مجسات المسافة بالموجات فوق الصوتية الاستخدام في السيارات لإشارات التحذير للسائق أو التحكم التلقائي عن طريق إشارات من أجهزة الاستشعار التي تحدد المواقف الخطرة ، مجتمعة في اتصالات الشبكة ، مع واجهة بين الإنسان والآلة (HMI).

رسم بياني 1

يعتمد مبدأ الموجات فوق الصوتية للكشف عن العوائق على مبدأ الصدى. يتكون محول الطاقة من محولين للطاقة: محول واحد يصدر موجات فوق صوتية ، ويتم الكشف عن الموجات المنعكسة بواسطة محول طاقة آخر أو أكثر. يمكن أيضًا استخدام نفس محول الطاقة الذي ينقل الموجات فوق الصوتية للكشف عن الموجة المنعكسة. الغرض الرئيسي من المستشعرات هو اكتشاف وجود أو عدم وجود عقبة ، ولكن هذا المبدأ (وقت الرحلة) يسمح أيضًا بوقت عودة الصدى عند السرعة المعروفةانتشار الصوت لحساب المسافة إلى الجسم.

الموجات فوق الصوتية ليست أكثر من اهتزاز عند تردد> 20 كيلو هرتز. تعمل معظم محولات الطاقة المتوفرة تجاريًا على ترددات في نطاق 40-250 كيلو هرتز.

الاختلافات في المعلمات الصوتية لأجهزة الاستشعار ، بيئةو أغراض مختلفةتؤثر بشكل كبير على عمل الأجهزة.

في محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، يولد محول الطاقة نبضًا قصيرًا موجهًا نحو الهدف ويعود للخلف

من المهم أن تكون سرعة الصوت دالة لتكوين ودرجة حرارة الوسط (الهواء) وتؤثر على دقة ودقة المستشعر. تتناسب دقة قياسات المسافة بشكل مباشر مع دقة سرعة الصوت المستخدمة في الحسابات ، وتختلف في الظروف الحقيقية من 345 م / ث عند درجة حرارة الغرفةحتى أكثر من 380 م / ث عند درجة حرارة حوالي 70 درجة مئوية. طول الموجة الصوتية

هي دالة لسرعة الموجات فوق الصوتية c وترتبط بترددها ѓ ، لذا فإن هذه المعلمات (الطول الموجي والتردد) تؤثر أيضًا على الدقة والدقة ، وكذلك الحد الأدنى لحجمالأهداف ونطاق المسافات التي يقاسها جهاز الاستشعار.

توهين الصوت هو دالة للتردد والرطوبة التي تؤثر أقصى مسافةتم الكشف عنها بواسطة المستشعر. تتميز الموجات الطويلة (ذات التردد المنخفض) بقلة التوهين. عند الترددات التي تزيد عن 125 كيلو هرتز ، يحدث الحد الأقصى للتوهين عند رطوبة نسبية 100٪ ، عند ترددات 40 كيلو هرتز - عند رطوبة بنسبة 50٪ بالفعل. نظرًا لأن المستشعر يجب أن يعمل في جميع قيم الرطوبة ، يتم استخدام الحد الأقصى للتوهين لكل تردد في الحسابات.

ضوضاء الخلفية هي دالة للتردد وتنخفض مع زيادة التردد ، مما يؤثر أيضًا على أقصى مسافة يمكن اكتشافها والحد الأدنى لحجم الهدف. الدقة والدقة على ترددات عاليةأعلى بينما النطاق أعلى مع أطوال موجية أطول.

استشعار تعمل باللمس

مستشعر اللمس هو زر يمكن أن يكون له حالتان - يتم الضغط عليهما وتحريرهما. برمجيًا ، يتعرف المستشعر على حالة لمس أخرى.

يمكنك رؤية رد فعل مستشعر اللمس على شاشة العرض في وضع العرض. عند عدم الضغط على زر المستشعر ، يظهر 0 على الشاشة وعند الضغط عليه - 1.

عن طريق إضافة مستشعر اللمس إلى تصميم الروبوت (على سبيل المثال ، في شكل ممتص صدمات) ، يمكنك جعل الروبوت يغير سلوكه عند تنشيط المستشعر.

مستشعر اللمس هو أحد أعضاء اللمس للروبوتات ، مما يجعله ضروريًا حيث يكون رد فعل الروبوت على الأشياء مطلوبًا.

يسمح مستشعر اللمس للإنسان الآلي بلمسه.

يمكن لمستشعر الضغط تحديد اللحظة التي يتم فيها الضغط على شيء ما ، وكذلك لحظة إطلاقه.

يظهر مستشعر اللمس في الشكل 2.

الصورة 2 استشعار تعمل باللمس

تستخدم الأدوات النموذجية و معدات اختياريه

ميكرومتر

لقياس سرعة الخمول على مستشعر اللمس ، يلزم وجود ميكرومتر (أو مؤشر قرص) ICH-25 ، والذي سيقيس المسافة التي يمر بها المستشعر حتى يتم تشغيله.

تم تصميم ICH-25 للقياس الأبعاد الخطيةالطرق المطلقة والنسبية ، وتحديد حجم الانحرافات عن شكل هندسي معين و الموقف النسبيالأسطح.

يوضح الشكل 3 عدة أنواع من المؤشرات.

تين. 3.

معلمات الميكرومتر ICH 25:

نطاق القياس 0-25 مم.

قيمة القسمة 0.01 مم.

الأبعاد ١٥٩ × ٨٥ × ٥١ ملم.

ناخب 2008 №7-8

يعتمد تشغيل مستشعرات اللمس السعوية على السعة الكهربائية لجسم الإنسان. على سبيل المثال ، عندما يتم تقريب الإصبع من المستشعر ، فإن هذا يخلق سعة بين المستشعر والأرض ، والتي تقع في نطاق 30 ... 100 pF. يمكن استخدام هذا التأثير في مستشعرات التقارب ومفاتيح اللمس.

تتمتع المستشعرات السعوية التي تعمل باللمس بمزايا واضحة مقارنة بالمستشعرات الأخرى (على سبيل المثال ، يتم تشغيلها بواسطة تداخل 50/60 هرتز أو قياس المقاومة) ، ولكنها أكثر صعوبة في التنفيذ. قام مصنعو الرقائق مثل Microchip بإنشاء دوائر متكاملة مخصصة لهذا الغرض في الماضي. ومع ذلك ، حتى الآن من الممكن إنشاء كاشف و / أو تبديل بالسعة موثوق به باستخدام عدد صغير فقط من المكونات القياسية.

في هذه الدائرة ، نكتشف التغييرات في عرض نبضة الإشارة التي تحدث عند لمس جهة الاتصال. في الشكل 1 ، يمكن اعتبار العقد التالية (من اليسار إلى اليمين):

أرز. 1. IC1 - 561TL1

مولد نبض مستطيل ، مصنوع على زناد شميت (IC CD4093) ؛
دائرة RC مع الصمام الثنائي للتبريد متبوعًا بزناد شميت / لوحة طرفية مع مكثف عزل 470 بيكو فاراد ؛
- دمج دارة RC التي تحول التغيرات في عرض النبضة إلى جهد. يقع هذا الجهد في منطقة 2.9 ... 3.2 فولت عند لمس اللوحة ، و 2.6 فولت في الحالات الأخرى.
- يستخدم مقارن LM 339 لمقارنة الجهد عند النقطة C بالجهد المرجعي عند النقطة D. ويبلغ الجهد الأخير حوالي 2.8 فولت ويتم ضبطه بواسطة مقسم جهد.

بمجرد لمس لوحة المستشعر ، سيصبح خرج الدائرة نشطًا. لشرح عمل الدائرة ، يوضح الشكل 2 الأشكال الموجية للإشارات في نقاط مختلفة. يُظهر الخط المنقط الحالة عند لمس لوحة المستشعر ، ويظهر الخط الصلب عندما لا يكون هناك اتصال.

أرز. 2. مخططات الذبذبات للإشارات في نقاط مختلفة.

يتم ضبط الجهد المرجعي عند النقطة D مرة واحدة باستخدام الحاجز R4 / R5 (عن طريق تغيير قيمة R4). يعتمد حجم هذا الجهد بشكل كبير على مساحة سطح لوحة المستشعر (عادةً بضعة سنتيمترات مربعة). ساحة كبيرةيزيد سطح اللوحة من السعة وسيظل الجهد عند النقطة C أكبر مما كان عليه عندما لم تكن الألواح متلامسة. يجب ضبط الجهد المرجعي عند النقطة D بالقرب من 3.4 فولت.يمكن أن يعمل مستشعر اللمس أيضًا مع الألواح مساحة كبيرة(على سبيل المثال ، يمكنك استخدام الجسم كله كمستشعر).

يمكن استخدام إشارة الخرج لتشغيل الأحمال المختلفة. في كثير من الحالات ، يوصى بإضافة مشغل Schmitt إلى الإخراج ، خاصةً إذا كان الإخراج متصلاً بمدخل رقمي.

ويم أبويس

أرز. 4. موقع المكونات على لوحة الدوائر المطبوعة.

أرز. 5. ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

أرز. 6. لوحة الدوائر المطبوعة (مرآة الرؤية).

مستشعر اللمس السعوي

العنصر الأساسي الضروري لتنفيذ النظام مجسات سعويةهو مكثف متغير. يجب أن يمتلك تصميم بسيطوحساسية للمس. نظرًا لأن عنصر الاستشعار مبني على أنه مكثف "مفتوح" ، الحقل الكهربائييمكن أن تتفاعل مع جسم سعوي خارجي ، في حالتنا ، إصبع. يوضح الشكل 1 منظرًا علويًا وجانبيًا لمستشعر سعوي مطبق مباشرة على اللوحة.

أرز. واحد.

كما هو مبين في الشكل 1 ، يتشكل مكثف بين الطبقة الموصلة والأرض. يخلق تفاعل الطبقة الموصلة والموصلات المحيطة بها سعة أساسية يمكن قياس قيمتها. تبلغ السعة الأساسية لمثل هذا المستشعر حوالي 10 بيكو فاراد. عندما يكون الموصل ، أي الإصبع يقترب من مكثف مفتوح نتيجة التداخل الحقل الكهربائيتتغير سعة المكثف. بسبب سعة الإصبع ، تزداد سعة المستشعر حتى بدون لمسه. من خلال قياس سعة المستشعر ومقارنة كل نتيجة مع السعة الأساسية ، يمكن للمتحكم الدقيق ليس فقط تحديد حقيقة الضغط على الزر ، ولكن أيضًا تحديد تسلسل التبديل ، والذي يستخدم لتنفيذ واجهات أكثر تعقيدًا ، مثل المنزلقات .

تعتمد حساسية المستشعر على المسافة بين الطبقات الموصلة والأرضية. المسافة الموصى بها 0.5 مم. بالإضافة إلى ذلك ، تعتمد الحساسية الكلية للنظام على سمك اللوحة: مع انخفاض سمك اللوحة ، تقل الحساسية. سمك اللوح الموصى به هو 1 ... 1.5 مم.

تبلغ سعة المستشعر بدون سعة الإصبع حوالي 5… 10 pF.

تحميه الطبقة الأرضية الموجودة أسفل المستشعر من المكونات الإلكترونية الأخرى في النظام. كما أنه يساعد في الحفاظ على سعة أساسية ثابتة ، وهو أمر مطلوب كمرجع لكل قياس.

تصميم المستشعر وواجهة المستخدم

تتكون الواجهة الكاملة من المستشعر السعوي نفسه (المطبق على السبورة) بالإضافة إلى العازل الكهربائي بين المستشعر والإصبع عند لمسه.

تنفيذ حساس سعوي على لوحة دوائر مطبوعة

يمكن عرض تبعيات المستشعر السعوي باستخدام مثال مكثف مسطح تقليدي. يوضح الشكل 2 عناصره الرئيسية.

أرز. 2.

يشير مصطلح "السعة الأساسية" إلى قياس السعة لجهاز استشعار لم يتأثر بأي شكل من الأشكال. من أجل التبسيط ، كسعة أساسية ، نأخذ سعة مكثف مكونة من طبقة موصلة أعلى لوحة الدائرة المطبوعة وطبقة أرضية في الأسفل (الألواح السفلية والعلوية في الشكل 2).

يتم تحديد المسافة d بواسطة لوحة الدوائر المطبوعة. كما ذكرنا سابقًا ، مع انخفاض d ، تزداد السعة الأساسية وتقل الحساسية. تحدد السعات المحددة للمساحة (e 0) والمادة (e r) ثابت العزل الكهربائي للوحة.

عادة ما تكون منطقة المستشعر A محدودة بحجم الإصبع ، محسوبة على أنها المتوسط ​​بين إصبع الطفل والبالغ. لاحظ أن منطقة المستشعر التي لا يغطيها الإصبع غير مجدية.

وبالتالي ، أثناء عملية التطوير ، من الضروري تقليل السعة الأساسية لجهاز الاستشعار. من شروط حساسية النظام الجيدة وموثوقيته تعظيم التغيير في السعة مع اقتراب الإصبع من المستشعر. بالطبع ، هذين الهدفين متنافيان: كلما زادت مساحة المستشعر إلى حجم الإصبع ، تزداد السعة الأساسية ، لأنها تتناسب مع A.

أرز. 3.

يوضح الشكل 3 تخطيط الزر وشريط التمرير المستخدم كمثال في هذا المستند.

أرز. 4. طبقات البناء (الأحمر - طبقة الإشارة العليا ، الأزرق - الطبقة الأرضية السفلية)

يوضح الشكل 4 أربعة خيارات لوضع المستشعر على لوحة دائرة مطبوعة ، والتي تختلف في بناء الطبقة الأرضية.

يظهر أعلى اليسار فقط طبقة الإشارة العلوية: أربع منصات استشعار محاطة بالمستوى الأرضي العلوي ؛ الطبقة السفلية غير مستخدمة. يظهر الجانب الأيمن العلوي من الشكل نفس تصميم اللوحة مع تغطية أرضية بنسبة 25٪. يوجد أسفل اليسار إصدار ملء بنسبة 50٪ ويمين إصدار ملء بنسبة 100٪.

يوصى باستخدام طائرات أرضية متعددة تحت كل مستشعر لعزل عناصر المستشعر عن الضوضاء والتغيرات الخارجية الأخرى التي قد تسبب تغييرًا في السعة الأساسية. من الواضح أن المساحة المتروكة 100٪ ، كما هو موضح في اليسار الزاوية السفليةيوفر الشكل 4 أقصى عزل للضوضاء ويزيد أيضًا السعة الأساسية. للحصول على النسبة المثلى لعزل الضوضاء والسعة الأساسية ، من المعتاد استخدام حشوة من 50٪ إلى 75٪.

الطبقة العازلة للحساس

في هذا النوع من التطبيقات ، تكون الطبقة العازلة لجهاز الاستشعار مصنوعة من البلاستيك. بفضل هذه الطبقة ، لا تتلامس الأصابع مباشرة مع المستشعر. يمكن استخدام النموذج المعروض في الشكل 2 لتصور واجهة التفاعل بين إصبع ومكثف. في هذه الحالة ، تعمل البطانة السفلية كمستشعر ، وتعمل البطانة العلوية كإصبع المستخدم. يتضح أنه مع زيادة مساحة التفاعل إلى حجم الإصبع ، يزداد A ويزداد التغيير في السعة إلى الحد الأقصى. مع زيادة طبقة العزل d ، يتناقص التغيير في السعة بشكل عكسي. لحظة مهمة، والتي لا يمكن تجاهلها ، هي المادة التي يتكون منها العزل. يؤثر ثابت العزل الكهربائي للمادة العازلة وكذلك سمكها بشكل كبير على الحساسية وسهولة استخدام مستشعر اللمس السعوي. يسرد الجدول 1 الثوابت العازلة لبعض المواد.

الجدول 1. ثوابت المواد العازلة

بالإضافة إلى العازل نفسه ، نقطة مهمةهو اتصال المستشعر والعازل. إذا كان الاتصال مفكوكًا وكانت هناك فجوات ، فإن سعة المستشعر ستتغير. لذلك ، غالبًا ما يتم استخدام العوازل اللاصقة.

استخدام MSP430 لقياس سعة مستشعر اللمس

فكر الآن في طريقتين لقياس سعة مستشعر اللمس.

طريقة القياس على أساس المذبذب

تعتمد الطريقة الأولى على استخدام المذبذب. يمكن تنفيذ هذه الطريقة بناءً على MSP430 ، باستخدام المقارنة والمستشعر السعوي كعنصر ضبط. أي تغيير في سعة المستشعر سينتج عنه تغيير في التردد ، والذي يمكن قياسه باستخدام Timer_A على متحكم MSP430. يوضح الشكل 5 مثالاً على مثل هذا النظام.

أرز. خمسة.

توفر المقاومات R دعمًا للمقارنة عند تعيين Px.y على مستوى عالٍ. هذه الإشارة معاكسة في القطبية لإشارة الشحن أو التفريغ لسعة المستشعر (المستشعر C) ، مما يؤدي إلى تذبذبات طويلة المدى. مع قيم متساوية للمقاومة R ، تكون القيم الحدودية 1/3 V cc و 2/3 V cc ، يتم حساب تردد التذبذب بالصيغة:

فوسك = 1 /

من خلال حساب عدد فترات التذبذب خلال فترة زمنية معينة ، يمكن حساب التردد ويمكن قياس السعة. في هذا التطبيق ، مقاومة المقاوم RC هي 100 kΩ. نتيجة لذلك ، يبلغ تردد التذبذب حوالي 600 كيلو هرتز بسعة مستشعر تبلغ 10 بيكو فاراد.

يتم استخدام VLO المدمج 12 كيلو هرتز كمصدر على مدار الساعة. يتم تطبيق هذه الإشارة على مؤقت المراقبة WDT. مع كل مقاطعة مراقب ، تفحص kernel حالة Timer_A timer register ، TAR. يتم حساب الفرق بين قيمتي التسجيل الأخيرين. في الواقع ، القيمة المطلقة للسعة ليست ضرورية ، فقط تغييرها مثير للاهتمام.

من الممكن بناء نظام به عدة أجهزة استشعار سعوية. هذا يتطلب بناء معدد الإرسال على المقارنة Comparator_A + (الشكل 6).

أرز. 6.

لتنفيذ النظام ، يلزم وجود مقاوم واحد لكل مستشعر وثلاثة مقاومات للمقارنة.

طريقة قياس السعة على أساس المقاوم

الطريقة الثانية لقياس سعة مستشعر اللمس تعتمد على استخدام مقاوم خارجي لشحن أو تفريغ المستشعر السعوي. يتم استخدام أحد منافذ MSP430 للشحن أو التفريغ ، ويتم قياس وقت الشحن أو التفريغ باستخدام مؤقت Timer_A المدمج. يوضح الشكل 7 مثالاً لنظام يستخدم متحكم MSP430 لقياس وقت تفريغ مكثف.

أرز. 7.

مع قيمة السعة لمستشعر C = 10 pF و R = 5.1 M ، يكون وقت التفريغ حوالي 250 ميكرو ثانية. تم تكوين Px.y كمخرج عالي المستوى لشحن المكثف. يمكن إعادة تكوينه كمدخل لتفريغ مستشعر C من خلال R. الحد الأقصى للتيار عبر منفذ MSP430 هو ± 50 nA.

إذا كان منفذ Px.y يدعم المقاطعات (بالنسبة لـ MSP430 ، فهذان المنفذان P1.x و P2.x) ، يمكن استخدام الإشارة المنخفضة الداخلية كحد أدنى يتم إنشاؤها عنده. عند تلقي هذه المقاطعة ، يوزع kernel محتويات سجل عداد الوقت Timer_A. يمكن للمؤقت استخدام DCO الداخلي كمصدر للساعة. تردد الإشارة المولدة هو 8 أو 16 ميجاهرتز (حسب عائلة MSP430).

أرز. 8.

يوضح الشكل 8 دورة قياس واحدة. يبدأ المؤقت في العد من الصفر وفي اللحظة التي يصل فيها الجهد على المستشعر إلى العتبة V IT ، تتم قراءة قيمة المؤقت. أيضًا ، يمكن أن يعمل المؤقت في وضع العد الثابت ، بينما من الضروري قراءة قيمه في وقت بداية ونهاية تفريغ المكثف وحساب الفرق بينهما. مع زيادة سعة المستشعر ، يزداد وقت تفريغ المكثف ويزداد عدد دورات المؤقت أثناء القياس.

قيل أعلاه أن هناك حاجة إلى مقاوم واحد لكل منفذ. يمكن تبسيط الدائرة باستخدام مقاوم واحد لمنفذين. أثناء قياس سعة أحد المستشعرات ، يجب أن يكون للمنفذ المتصل بالثاني مستوى إشارة منخفض ، أي بمثابة أرضية لتفريغ السعة. ميزة أخرى لمثل هذا المخطط هي أنه يمكن قياس سعة كل مستشعر في اتجاهين: الشحن من الصفر إلى مستوى عالوالتفريغ من V cc إلى عتبة منخفضة المستوى. يوضح الشكل 9 هذه الطريقة.

أرز. تسع.

يجب أن يتم عد الدورات مرتين: أثناء الشحن والتفريغ. في الوقت نفسه ، يكون للضوضاء 50/60 ميجاهرتز تأثير أقل على نتيجة القياس.

برمجة

بعد الحصول على نتيجة القياس ، يجب تفسيرها برمجيًا. يمكن أن تؤدي ضوضاء مصدر الطاقة وإزاحة الساعة والضوضاء الخارجية 50/60 ميجاهرتز إلى اتخاذ قرار ضعيف.

في بعض الأحيان ، من أجل الكفاءة ، يمكنك تجاهل بعض الأجزاء ذات الترتيب المنخفض من النتيجة. هذا مقبول إذا كنت تريد فقط تتبع حقيقة أن الزر قد تم النقر عليه. ولكن إذا كانت هناك حاجة إلى دقة أعلى ، فلم يعد من الممكن توفير ذلك. يمكن أن يساعد ترشيح الترددات المنخفضة والتوسط البسيط لعدة نتائج في تخفيف الضوضاء. ولكن لتحقيق استهلاك منخفض للطاقة ، فإن وجود وحدات بت منخفضة من نتيجة القياس يكون أكثر أهمية.

تتبع سعة قاعدة الاستشعار

بدون القدرة على تتبع التغييرات في سعة المستشعر ديناميكيًا ، يمكن أن يؤدي أي نوع من عدم الاستقرار إلى اكتشاف خاطئ للضغط على الزر أو "الالتصاق". ضع في اعتبارك متغيرًا به زر بسيط له حالتان: تشغيل / إيقاف. إذا تم تغيير النتيجة ، فقد تقترب من الحد الأدنى الذي يعتبر الزر مضغوطًا عنده ، أي ستحدث نتيجة إيجابية خاطئة.

تظهر طريقة واحدة لتتبع السعة الأساسية وضبطها في الشكل 10.

تحتاج إلى الانتباه إلى حقيقة أن هذه الإجراءات يتم تنفيذها لكل مستشعر على حدة. يتم حساب المتغير "دلتا" وتعديل "القاعدة" بشكل مختلف في خوارزميات RO و RC. في RO ، تنخفض القيمة المقاسة مع زيادة سعة المكثف ؛ وفي RC تزداد القيمة المقاسة.

بعد الانتهاء من القياس ، أولاً وقبل كل شيء ، من الضروري تحديد ما إذا كانت اللمسة قد حدثت أم لا. يمكن القيام بذلك عن طريق مقارنة القيمة التي تم الحصول عليها مع الحد المقابل لأخف لمسة يمكن التعرف عليها. إذا تم تحديد عدم وجود لمس ، يتم تعديل القيمة الأساسية. تعتمد كيفية حدوث التعديل على الاتجاه الذي حدث فيه التغيير.

مع زيادة قياس السعة ، يوصى بضبط القيمة الأساسية بشكل أبطأ. يمكن أن تعني الزيادة في النتيجة ليس فقط التحول بسبب الأخطاء ، ولكن أيضًا نتيجة حركة الإصبع في اتجاه المستشعر. وإذا تم ضبط القيمة الأساسية بسرعة ، فقد لا يتم ملاحظة اللمسة الفعلية للإصبع. للقيام بذلك ، يوصى بضبط القيمة الأساسية بوحدة واحدة فقط في كل دورة قياس (الشكل 10).

أرز. 10.

تنفيذ وظيفة الزر العادي

إنشاء الأزرار هو حالة الاستخدام الأكثر شيوعًا لأجهزة الاستشعار السعوية. يوضح الشكل 11 مثالاً على بناء نظام بأربعة أزرار.

أرز. أحد عشر.

يجب أن تكون العتبة التي يتم اتخاذ القرار عندها بالضغط على الزر أعلى من الضوضاء.

تنفيذ وظيفة شريط التمرير

وظيفة أكثر تعقيدًا ، منظمة على أجهزة استشعار سعوية ، هي المنزلق. في هذه الحالة ، من الضروري مراقبة تجاوز عدة عتبات.

يمكن تنظيم أسهل طريقة لإنشاء شريط تمرير إذا تم تحديد عدة مواضع لكل مستشعر. يعتبر المثال أدناه (الشكل 12) نظامًا يتم فيه تحديد 16 موضعًا لكل مستشعر. والنتيجة هي نظام من 64 موضعًا.

أرز. 12.

DELTAMAX هي القيمة القصوى للسعة التي يمكن الوصول إليها. ثم يتم تقسيم النطاق من 0 إلى DELTAMAX إلى عدد معين من الخطوات. يتوافق الصفر مع الحالة التي لا يتم فيها الضغط على الزر. يتم تحديد موضع الإصبع من خلال القيمة القصوى. يتم تحقيق خاصية نقل خطية أكثر للنظام عن طريق استيفاء قيم جميع أجهزة الاستشعار.

تعدد أجهزة الاستشعار لبناء شريط التمرير

عند إنشاء شريط تمرير ، من الممكن زيادة عدد أجهزة الاستشعار بعدد محدود من منافذ الإدخال / الإخراج عن طريق مضاعفة الإرسال. في هذه الحالة ، يتم توصيل عدة أجهزة استشعار بمخرج واحد. جهاز استشعار إضافييزيد فقط من السعة الأساسية. ومع ذلك ، مع زيادة السعة الأساسية ، في لحظة التأثير على أحد المستشعرات ، تكون استجابة المستشعر أقل. لذلك ، من الشائع عدم توصيل أكثر من جهازي استشعار معًا.

من أجل تحديد أي من المستشعرات متعددة الإرسال تتأثر ، يجب فصلها في الفضاء. يظهر مثال على موقع أجهزة الاستشعار في مثل هذا النظام في الشكل 13.

أرز. 13.

خاتمة

تتناول المقالة طريقتين لتنفيذ مستشعرات اللمس السعوية باستخدام MSP430. كل طريقة لها مزاياها وعيوبها. دعونا ننظر في أهمها.

• طريقة تعتمد على المذبذب:

- يتطلب متحكم دقيق مع Comp_A + المقارنة ؛
- عدد أجهزة الاستشعار المستقلة محدود بعدد Comp_A + المدخلات ؛
- يتطلب مقاومًا خارجيًا واحدًا R لكل مستشعر ، بالإضافة إلى سلسلة من ثلاثة R ؛
- الحساسية محدودة باستهلاك الطاقة (وقت القياس القابل للبرمجة) ؛

• الطريقة القائمة على المقاوم:

- يمكن تنفيذه على أي متحكم MSP430 ؛
- ما يصل إلى 16 مستشعرًا مستقلاً (16 منفذ إدخال / إخراج تعمل مع المقاطعات) ؛
- مقاوم خارجي واحد R لكل جهازي استشعار ؛
- الحساسية محدودة بالتردد الأقصى للميكروكونترولر (وقت القياس الثابت) ؛
- الحد الأدنى من استهلاك الطاقة ؛

يمكن توسيع التطبيق وتحسينه من قبل المستخدم لتنفيذ الجهاز النهائي.

وصف كامل أمثلة مختلفةتطبيقات MSP430 ومصادر البرنامج ، معلومة اضافيةيمكن العثور عليها على الموقع www.siteفي قسم المتحكمات الدقيقة.

الحصول على المعلومات الفنية وطلب العينات والتسليم -
البريد الإلكتروني:

عائلة جديدة من مولدات الساعة

قدمت شركة Texas Instruments عائلة مولدات ساعة قابلة للبرمجة،مع 1 إلى 4 دوائر PLL. تسمح لك الدوائر المتكاملة بتوليد ما يصل إلى 9 إشارات ساعة مركبة من تردد إدخال فردي. يدعم كل مخرج برمجة تردد داخل النظام حتى 230 ميجاهرتز. توفر هذه الميزات عددًا من المزايا. يتضمن ذلك استهلاكًا أقل للطاقة ، وعملية تصميم أسرع ، وسهولة تغيير سرعات الساعة دون الحاجة إلى إعادة تصميم النظام. ستقلل هذه المزايا بشكل كبير من تكلفة تطبيقات المستهلك ، بما في ذلك. أجهزة فك التشفير IP وهواتف IP وأنظمة الوسائط الرقمية (التلفزيونات الرقمية وأجهزة الوسائط المتدفقة والطابعات وأنظمة الملاحة والأجهزة المحمولة).

تم تحسين مولدات الساعة الجديدة للعمل مع معالجات DaVinci TM (TI) لإنشاء ساعات للمعالجات الرقمية ، ووحدات تحكم ADC الصوتية أو برامج الترميز ، ووحدات تحكم Ethernet أو USB. يسمح المذبذب البلوري المدمج الذي يتم التحكم فيه بالجهد الكهربائي (VCXO) بمزامنة التردد لتدفقات البيانات المختلفة.

حول شركة تكساس إنسترومنتس